热力学第一定律(II)

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1、第三章热力学第一定律主讲：左武魁(TheFirstLawofThermodynamics)第三章热力学第一定律§3.4理想气体的绝热过程§3.1准静态过程内能热量功§3.3热容§3.2热力学第一定律§3.7热力学第零和第三定律§3.5循环过程致冷循环§3.6卡诺循环§3.1准静态过程内能热量功§3.2热力学第一定律§3.3热容热力学基本概念一、热力学及其研究对象1.热力学(thermodynamics)热力学是从研究热和功之间的相互转化而形成的，是从能量守恒和转化的观点来研究物质热现象和热运动规律的一门学科。是宏观的方法，其

2、基本规律(热力学第一、二定律)都是大量实验事实的总结。2.热力学的研究方法热力学是由观察和实验总结归纳出来的关于热现象的宏观理论。一定质量的理想气体及其经历的准静态过程。3.热力学的研究对象热力学基本概念二、热力学系统(thermodynamicssystem)热力学的研究对象叫做热力学系统，由大量的分子组成，可以是一定质量的气体、液体或固体。本章主要研究理想气体构成的热力学系统遵循的规律。1.一般系统2.透热系统3.绝热系统4.孤立系统(封闭系统)与外界有功及热量交换的热力学系统。与外界无功但有热量交换的热力学系统。与外界

3、有功但无热量交换的热力学系统。与外界既无功也无热量交换的热力学系统。重点：热力学第一定律。用能量守恒的观点来研究热力学系统的状态参量变化时，热量、内能和功三者的关系。三、热力学过程(thermodynamicsprocess)1.自发过程(spontaneousprocess)与外界无关，不借助外界的帮助自动进行的过程。2.非自发过程(non-spontaneousprocess)在外界帮助下进行的过程(外界强迫进行)。一个过程是否自发过程与系统的选取有关。3.准静态过程(quasi-staticprocess)过程中的每个

4、状态都可近似看作平衡态。准静态过程一定是进行的无限缓慢的过程，可以在pV图上用一条曲线表示。4.非静态过程(non-staticprocess)在系统经历的过程中，各状态(只要有一个)不能近似看成平衡态的过程。pVO>如：描述孤立系统由非平衡态到平衡态的过程。三、热力学过程(thermodynamicsprocess)5.按特征分类的过程有等体过程；等压过程；等温过程；绝热过程。pVO>a为等体过程；ab为等压过程；c为等温过程。bcd为绝热过程。(adiabaticprocess)d等温过程曲线为以V轴和p轴为渐近线的双

5、曲线。绝热过程曲线比等温过程曲线更徒。(isochoricprocess)(isobaricprocess)(isothermalprocess)在一个状态变化的过程中，若系统所经历的所有中间状态都可近似看作平衡态，则这种过程称为准静态过程(或称为平衡过程)。一、准静态过程(quasi-staticprocess)例如，活塞缓慢压缩汽缸内的气体对气体做功时，实际汽缸中的燃气由每一个非平衡态到平衡态的过渡时间约为10-3s，远小于“每次”压缩过程所用的时间，故可以近似认为是准静态过程。活塞的压强若比气体的压强总大一微小量p，

6、就可以缓慢压缩气体。§3.1准静态过程内能热量功1.准静态过程(quasi-staticprocess,internalenergy,heat,work)3.P-V图Ⅰ(p1,V1,T1)Ⅱ(p2,V2,T2)过程线V1V2p、V、T中只有两个参量是独立的。（1）点（3）曲线各点满足pVO一、准静态过程(quasi-staticprocess)1.准静态过程2.弛豫时间(relaxationtime)系统由非平衡态到平衡态的过渡时间称为弛豫时间。在一个实际过程中，若系统发生一个可以被感知的微小变化过程所用的时间远大于弛豫时间

7、，则过程可以被认为是准静态过程。（4）（2）曲线平衡态准静态过程热力学系统由其内部状态所决定的能量。系统的内能是状态量,与过程无关。2.i个自由度的一定质量(m)理想气体的内能功和热量：是物质能量转化和传递的过程量。例：一杯水通过加热或搅拌均可以升温。二、内能(internalenergy)1.定义(微观：包括分子热运动的动能和分子间引力势能）说明：可以通过作功或热传递来改变系统的内能。在热传递过程中系统吸收(或放出)的能量叫做热量。三、热量(heat)功和热量都是系统内能变化的量度，其量值与过程有关，都是过程形式的函数

8、。或说明：pVOⅠ(p1,V1,T1)Ⅱ(p2,V2,T2)过程线pdVV22.功的计算dxdA=fdxf=ps=pdV=pSdx四、功(work)功是过程量。如磨擦生热、电加热。通过作功可以改变系统的内能。1.V1只知道始态和末态并不能确定功的大小。(1)微量功不是状态的函数。(2)系统